2005年4月15日
机械工程师普渡大学已经新发现提供承诺修改家庭制冷降温技术与小型设备未来的武器系统和计算机芯片。
设备,被称为“微通道散热器”,循环冷却剂通过众多渠道人类头发的宽度大约三倍。这些设备可能是直接连接到电子元件在军事激光、微波雷达和武器系统,以及在未来的计算机将产生更多的热量比现在的电脑,说伊萨姆Mudawar,机械工程教授领导了这项研究。
研究人员适应制冷系统采用微通道散热器代替传统家用冰箱蒸发器——组件包含油管的迷宫。作为冷却剂循环通过油管,热量从冰箱内冷却食物中删除。
“我们用这些传统的蒸发器——可能超过一米长在典型的冰箱——只有大约1英寸的散热器广场,“Mudawar说。”面临的挑战是如何拔掉这个大蒸发器,取而代之的这个小散热器,使整个系统工作。”
最近发现详细刊登在两个研究论文发表在2月出版的国际期刊的传热传质。写的论文被机械工程博士生Jaeseon李和Mudawar。
电子产品的新武器系统,以及在将来的电脑芯片,将产生5到10倍的热量比传统的电子产品,芯片要求更好的冷却系统。与笨重的电脑和其他电子设备通常冷却组件使用金属翼散热和风扇循环2020欧洲杯下注官网热空气从组件。但新武器系统的电子元件,如先进的激光和芯片在未来电脑,会产生过多的热量与传统的冷却系统,使用风扇,Mudawar说。
一个可能的解决方案是一个“两阶段”冷却系统——传统的冰箱使用的相同的基本技术,吸收热量,冷却液变成蒸汽,然后由压缩机和冷凝回液体加压开始循环一遍又一遍。
工作由美国海军研究办公室,Mudawar的团队已经成功地将微通道热沉到一个普通的冰箱。的设备连接到一个加热元件,模拟一个热门电子组件,测试了一个名为R134a的制冷剂,用于家用空调和冰箱。
“这个系统成功地结合了一个两阶段的冷却属性微通道热沉的低温能力相当标准的制冷系统,”李说。“结果是一个高性能的冷却系统能够消除大量的热量,同时保持较低的芯片温度高不可攀的冷却技术竞争。”
其他工程师的研究论文提供信息设计类似系统感兴趣,Mudawar说。
“他们显示方法,设计的关系,系统的优点——基本上它是如何工作的信息,包括温度期待什么和微细血管的内压力下降会发生,”他说。“部署的工作正在迅速成熟在未来三年。”
结果报道在报纸上包括信息新的数学工具来预测一个特定的性能设计取决于所需的冷却能力。研究人员还发现,所谓的“节流阀门”,已经出现在标准的制冷系统,有助于缓解与微通道设备问题:压力会大大增加,降低沿平行通道,阻碍性能。但在常规制冷机组节流阀门已被证明在实验中“几乎消除”这些压力振荡,Mudawar说。
这样一个小型制冷装置将使电子元件冷却器比传统冷却技术,使他们能够更快和执行更好,Mudawar说,他一直致力于冷却技术自1970年代和1984年形成了普渡大学国际电子冷却联盟。该联盟的研究人员已经开发出各种冷却技术,包括最苛刻的应用程序的方法,在核聚变反应堆冷却火箭喷嘴和组件。
“所以,我们获得了很多技能和经验在发展中这些小,微通道蒸发器多年来,“Mudawar说,去年完成了434页的技术手册“迷你/微通道热液迁移现象。”The work, published by the alliance, summarizes the various technologies developed through Mudawar's lab.
微通道热沉是一种含有大量的铜盘凹槽231微米宽,约三倍宽人的头发,713微米深。
传统空调蒸发器的管直径以毫米或厘米,取决于单元的大小,这意味着传统的管是有着几倍。
“这是真正推动信封多小你仍然可以通过这些渠道和工作设备,“Mudawar说。“但还有另一个问题。在传统的系统中,蒸发器实际上是一个非常长管,缠绕很多次。所以管可能是一米的长度或更多。
“在微通道热沉,我们所做的一切在1英寸广场。在这么小的尺度提出了不同的设计挑战。首先,你没有技术。你不知道从哪里开始,使用什么样的方程。我们从宏系统的物理微电脑系统不工作。所以你从头开始。”
液体流不同有着比在较大的油管,泡沫的形式不同,改变了热量消散。
“所以你必须设计新系统泵冷却剂通过这些微细血管和开发新的数学工具来预测如何设计将执行,“Mudawar说。
修改传统的制冷系统的一个优点是,大多数的技术已经存在。
“我们不是推倒重来对制冷循环,“Mudawar说。“我们想使用现有技术的制冷循环,然后植入我们的微通道装置的新技术。”
芯片产生更多的热量,因为他们正在变得更加复杂,包装更多的晶体管成日益紧凑的电路。
“军事电子学的迅速增加使用硬件导致前所未有的热管理需求,”马克·斯佩克特说,热管理海军研究办公室的项目官员。“未来的全电动军舰和战斗车辆设想大功率电推进系统,脉冲功率武器和传感器阵列。这种系统将产生废热密度接近1000瓦每平方厘米。创新方法如正在开发普渡是必要的收购,运输和驱散这些热负荷。”
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